魏志堅(jiān) 何四平

【摘要】混凝土防滲墻施工技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)非常成熟，但仍有失敗的案例，其重點(diǎn)還在于依據(jù)不同的地質(zhì)條件選擇最為合適的鉆孔設(shè)備，確定泥漿、混凝土澆筑等基本參數(shù)和指標(biāo)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的分析地下可能出現(xiàn)的情況，提出針對(duì)性的解決辦法。

【關(guān)鍵詞】水電站；混凝土防滲墻；成槽；固壁泥漿；直升導(dǎo)管法

1、工程基本情況

某水電站上游圍堰堰軸線長(zhǎng)108.25m，水上部防滲結(jié)構(gòu)采用土工膜心墻，水下部防滲體型式為混凝土防滲墻；下游圍堰堰軸線長(zhǎng)107m，全部采用混凝土防滲墻。工程區(qū)枯期常水位為541m，圍堰處河床沖積層厚約17m～25m，成分為卵、礫石混中、細(xì)砂及塊石，屬中等～強(qiáng)透水性層，詳見(jiàn)圖1。設(shè)計(jì)最大孔深26m，防滲墻厚度為0.8m，上、下游混凝土澆筑量分別為1550m3，1420 m3。按項(xiàng)目建設(shè)要求，圍堰水下防滲部分必須在截流前全部完成。

該工程的施工難點(diǎn)在于：（1）沖積層較厚，成孔后自穩(wěn)能力較差，水下施工時(shí)必須嚴(yán)格控制泥漿密度，成孔后必須盡快澆筑混凝土，以確保不塌孔；（2）覆蓋層中含有大孤石，成槽困難；（3）圍堰必須分兩期

施工，不能一次性截?cái)嗪哟?；?）汛期需要繼續(xù)施工，防洪度汛壓力大；（5）圍堰施工區(qū)交通條件復(fù)雜，左岸有其它標(biāo)段在附近施工，且經(jīng)常有石渣從高處下落，危及人員安全，右岸有省道經(jīng)過(guò)，且上壩公路邊坡也在施工，經(jīng)常性中斷交通。

2、施工總體布置

結(jié)合本工程的實(shí)際情況及對(duì)施工難點(diǎn)的分析，考慮到上、下游圍堰相距較遠(yuǎn)，在施工布置上將本項(xiàng)工作分成兩個(gè)獨(dú)立的區(qū)域，即上游圍堰區(qū)域、下游圍堰區(qū)域。圍堰分期主要考慮汛期施工導(dǎo)流需要及減少設(shè)施轉(zhuǎn)運(yùn)難度，第一期長(zhǎng)度約70m，泥漿處理設(shè)施（泥漿制作池、儲(chǔ)存池、沉淀池等）布置河中1/3處，第一期全部完成后，將所有設(shè)備放在河中平臺(tái)上，拆除河床一側(cè)40m寬防滲平臺(tái)，同時(shí)將拆除的渣料倒運(yùn)至另一側(cè)，既保證過(guò)流斷面足夠，又能減少平臺(tái)填筑用料，同時(shí)可避免設(shè)備、物資從公路上再轉(zhuǎn)運(yùn)，詳見(jiàn)圖2。

為便于施工，同時(shí)考慮其它標(biāo)段對(duì)交通的影響，防滲墻施工平臺(tái)寬度既要滿足鉆具布置需要和施工交通需要，也要盡可能容納臨時(shí)房屋、材料堆放等臨建設(shè)施的布置。經(jīng)綜合考慮，平臺(tái)設(shè)置寬度為15m。防滲墻平臺(tái)按10年一遇枯水期洪水防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置并適當(dāng)加高，最終確定下游圍堰平臺(tái)高程為545m，平臺(tái)最大高度為5m，平臺(tái)上游側(cè)周邊設(shè)置鋼筋石籠，并準(zhǔn)備部分粘土麻包袋以備不時(shí)之需，平臺(tái)上、下游坡比均為1：1.75。

3、主要施工技術(shù)指標(biāo)確定

（1）槽段劃分

槽段的長(zhǎng)度宜盡量加長(zhǎng)，以減少 槽段之間接頭數(shù)目，提高墻體的整體性。但槽段過(guò)長(zhǎng)會(huì)引起施工周期增加，造成孔壁不穩(wěn)定，同時(shí)為混凝土澆筑帶來(lái)難度。本工程施工區(qū)砂卵礫石層厚，穩(wěn)定性較差。綜合考慮地層特性、施工工期、造孔方法、混凝土澆筑強(qiáng)度等各種因素，其槽長(zhǎng)定為一期槽6.8 m，二期槽6.8 m。合攏段盡量安排在槽段較淺、條件較好的部位。每個(gè)槽孔劃分為3個(gè)主孔，中心距1m，2個(gè)副孔，副孔寬1.2m，主孔采用CZ-6沖擊鉆機(jī)施工，副孔采用抓斗施工；二期槽孔的端頭孔直接由起拔接頭管形成，中間部分的成槽同于一期槽孔。施工過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況，在防滲墻深度較淺部位，可適當(dāng)加長(zhǎng)槽孔施工長(zhǎng)度；防滲墻施工時(shí)，若有漏漿塌孔現(xiàn)象，可縮短槽孔施工長(zhǎng)度。

（2）固壁泥漿

固壁泥漿主要起防止槽壁坍塌、冷卻鉆具、懸浮巖屑等作用，本工程采用膨潤(rùn)土拌制護(hù)壁漿液，分散劑為就近化工廠生產(chǎn)的工業(yè)碳酸鈉（Na2CO3），絮凝劑選擇聚丙烯酰胺。新制泥漿配比如表1所示。

膨潤(rùn)土泥漿性能控制指標(biāo)如表2所示。

新制泥漿膨化24h方可使用。

泥漿池設(shè)三個(gè)，分別為制作池、存儲(chǔ)池和沉淀池，受地形條件限制，各池容量100m3。

（3）成槽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

成槽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不低于如下規(guī)范要求：孔位偏差不大于3cm；孔斜率不大于4‰，遇有含孤石、漂石的地層及基巖面傾斜度較大等特殊情況時(shí)，孔斜率應(yīng)控制在6‰以?xún)?nèi)。一、二期槽孔的兩次孔中心線在任意深度的偏差值應(yīng)不大于設(shè)計(jì)墻厚的1/3。

（4）清孔換漿標(biāo)準(zhǔn)

槽孔清孔換漿結(jié)束后1h，達(dá)到下列標(biāo)準(zhǔn)： 1）孔底淤積厚度不大于10cm；（2）使用膨潤(rùn)土泥漿，孔內(nèi)泥漿密度不大于1.15g/cm3，粘度不大于40s，含砂量不大于5%。

（5）墻體混凝土澆筑指標(biāo)

混凝土標(biāo)號(hào)為C20，入槽坍落度18～22cm，保持15cm以上時(shí)間應(yīng)不小于1h；入槽擴(kuò)散度34～40cm；熟料初凝時(shí)間應(yīng)不小于6h，終凝時(shí)間不宜大于24h?；炷潦┕ぶ饕笜?biāo)控制如表3所示：

4、主要施工技術(shù)與管理

（1）設(shè)備選型

根據(jù)河床地層特性，選擇CZ-6沖擊鉆機(jī)，一期布置7臺(tái)，SG-46A液壓抓斗1臺(tái)；泥漿凈化機(jī)選擇ZX-200，制漿機(jī)選擇ZJ1500，儲(chǔ)漿攪拌機(jī)ZL-2×200；拔管機(jī)選擇YBJ-1000；同時(shí)在平臺(tái)上布置1臺(tái)反鏟挖掘機(jī)、1臺(tái)裝載機(jī)和2輛自卸汽車(chē)，斗容均不需要太大，主要用于倒料和短距離運(yùn)輸。

（2）導(dǎo)墻施工

導(dǎo)墻施工是防滲墻施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其主要作用為成槽導(dǎo)向，控制標(biāo)高，槽段定位，防止槽口坍塌及承重，根據(jù)選用的機(jī)械形式和現(xiàn)場(chǎng)布置，導(dǎo)墻斷面形式采用鋼筋砼倒“L”型斷面。導(dǎo)墻里側(cè)凈寬度0.8m，導(dǎo)墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。導(dǎo)墻施工時(shí)，導(dǎo)墻壁軸線放樣必須準(zhǔn)確，誤差不大于10mm，導(dǎo)墻壁施工平直，內(nèi)墻墻面平整度偏差不大于3mm，垂直度不大于0.5%，導(dǎo)墻頂面平整度為5mm。導(dǎo)墻頂面宜略高于施工地面100～150mm，每個(gè)槽段內(nèi)的導(dǎo)墻上至少應(yīng)設(shè)有一個(gè)溢漿孔。導(dǎo)墻基底與土面密貼。

（3）成槽施工

本工程主要采用“鉆抓法”進(jìn)行成槽施工：一期槽段先使用沖擊鉆機(jī)鉆進(jìn)主孔至設(shè)計(jì)孔深，然后用抓斗抓取副孔。到致密覆蓋層或基巖地層抓取困難時(shí)，可以由沖擊鉆機(jī)輔助破碎。當(dāng)抓斗不能施工時(shí)或工效顯著降低時(shí)，由沖擊鉆機(jī)采用“鉆劈法”施工。

本工程防滲墻終孔要求的嵌巖深度為0.5m。為此，孔底基巖鑒定十分重要，要準(zhǔn)確地鑒定基巖面，嚴(yán)格區(qū)分基巖取樣時(shí)與基巖巖性相同的砂卵石、塊石、漂石的巖樣，防止對(duì)基巖的誤判。往往越接近孔底，越要慎重。必要時(shí)采用巖芯鉆進(jìn)行鉆孔取樣，以判斷是否真正進(jìn)入基巖。且取芯鉆孔入巖的深度一般不小于5m。

（4）墻段連接

本工程施工的墻段連接采用“接頭管法”，一期槽孔清孔換漿結(jié)束后，在槽孔端頭下設(shè)接頭管，混凝土澆筑過(guò)程中及澆筑完成一定時(shí)段之內(nèi)，根據(jù)槽內(nèi)混凝土初凝情況，使用拔管機(jī)逐漸起拔接頭管，在一期槽孔端頭形成接頭孔。二期槽孔澆筑混凝土?xí)r，接頭孔靠近一期槽孔的側(cè)壁形成圓弧形接頭，墻段形成有效連接。在深槽孔防滲墻施工中，使用接頭管法進(jìn)行墻段連接，要求具有較高的技術(shù)水平和管理水平，接頭管的起拔時(shí)機(jī)非常關(guān)鍵，起拔過(guò)早或過(guò)晚都將失敗，將導(dǎo)致成不了接頭孔或釀成鑄管事故。

（5）混凝土澆筑

混凝土采用泥漿下直升導(dǎo)管法灌注施工，選用φ250mm的圓形螺旋快速接頭導(dǎo)管，其上端接二級(jí)分料漏斗，并由鉆機(jī)吊住導(dǎo)管，以便灌注及起拔時(shí)，導(dǎo)管可作上下垂直移動(dòng)。導(dǎo)管布置參數(shù)嚴(yán)格按表3所示控制。在每根導(dǎo)管開(kāi)澆前，預(yù)備好足夠的砂漿（考慮導(dǎo)管內(nèi)容積及封埋導(dǎo)管的方量），一次性對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行封堵。開(kāi)澆前，導(dǎo)管內(nèi)放置略小于導(dǎo)管內(nèi)徑的隔離塞球作為隔離體，隔離泥漿與砂漿。先灌注一定量的水泥砂漿，隨即澆入足夠量的混凝土，擠出塞球并埋住導(dǎo)管底端?；炷撩嫔仙俣瓤刂圃?m/h以上，并保證其均勻上升，同時(shí)有效控制好各處高差。每隔30min或每澆筑2～3車(chē)混凝土測(cè)量一次槽孔內(nèi)混凝土面深度，并及時(shí)填繪混凝土澆筑指示圖及混凝土澆筑量隨深度的理論變化曲線，指導(dǎo)導(dǎo)管的拆卸工作。當(dāng)澆筑方量與混凝土頂面位置不相符時(shí)，應(yīng)及時(shí)分析，找出問(wèn)題所在，及時(shí)處理。

5、施工過(guò)程中主要出現(xiàn)的問(wèn)題及處理措施

（1）漏漿

在上游圍堰防滲墻鉆6#孔至3m左右深度時(shí)發(fā)生大量漏漿問(wèn)題，施工平臺(tái)下游側(cè)可見(jiàn)漿液漏出。分析原因，是防滲墻施工平臺(tái)施工過(guò)程中沒(méi)有很好的碾壓，填筑料存在架空現(xiàn)象，形成滲漏通道。為此，將附近平臺(tái)先下挖至一定高度后重新碾壓，之后回填槽孔，待沉淀和穩(wěn)定一定時(shí)間后重新造孔。嚴(yán)禁一邊漏漿，一邊強(qiáng)行鉆進(jìn)。同時(shí)堵漏采取加大泥漿濃度、投入粘性土塊及粘土泥球，以及在泥漿內(nèi)滲水泥、砂或碎石等材料等方式。

（2）遇到大孤石

施工中遇到粒徑過(guò)大的塊球體，可以采取爆破法進(jìn)行地下障礙清除。爆破法一般有以下三種：

1）鉆孔預(yù)爆

在經(jīng)先導(dǎo)孔查明的塊石、塊球體密集帶施工前布設(shè)爆破孔，孔距1m左右，采用液壓工程鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)，在套管內(nèi)對(duì)塊石、塊球體和硬巖部位分別下置爆破筒啟爆。該方法爆破效果好，不危及槽孔安全，但鉆孔工程量大，與防滲墻施工干擾大。

2）槽內(nèi)爆破

在防滲墻造孔中遇塊球體和硬巖時(shí)，可采用液壓工程鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)，在槽內(nèi)下置定位器進(jìn)行鉆孔，鉆到規(guī)定深度后，提出鉆具，放入爆破筒，提起套管，引爆。爆破后塊球體或硬巖被破碎，從而制服了攔路虎，加快了鉆進(jìn)速度。爆破筒內(nèi)裝藥量按巖石段長(zhǎng)2～3kg/m，如系多個(gè)爆破筒則安設(shè)毫秒雷管分段爆破，以避免危及槽孔安全。

3）聚能爆破

在塊石、塊球體或硬巖表面下置聚能爆破筒進(jìn)行爆破，爆破筒聚能穴錐角為55～60°，裝藥量控制在3～6kg，最大為8kg。在二期槽孔內(nèi)則采用減震爆破筒，即在爆破筒外而加設(shè)一個(gè)屏蔽筒，以減輕沖擊波對(duì)墻體的作用。槽內(nèi)聚能爆破方法簡(jiǎn)便易行，與防滲墻施工干擾很小，有時(shí)還用于修正孔斜處理故障等，故應(yīng)用很多。

（3） 混凝土澆筑堵管

混凝土的澆筑質(zhì)量是防滲墻施工成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，有效地控制混凝土的攪拌質(zhì)量及按規(guī)定掌握導(dǎo)管的埋深，是避免發(fā)生堵管的關(guān)鍵措施。

一旦發(fā)生堵管，可利用吊車(chē)上下反復(fù)提升導(dǎo)管進(jìn)行抖動(dòng)，疏通導(dǎo)管，如果無(wú)效，可在導(dǎo)管埋深允許的高度下提升導(dǎo)管，利用混凝土的壓力差，降低混凝土的流出阻力，達(dá)到疏通導(dǎo)管的目的。

當(dāng)各種方法無(wú)效時(shí)，可考慮重新下設(shè)另一套導(dǎo)管，新下設(shè)的導(dǎo)管底中應(yīng)完全插入混凝土面以下，然后用小抽筒將導(dǎo)管內(nèi)的泥漿抽吸干凈，方可繼續(xù)進(jìn)行混凝土的澆筑。

（4）汛期水下施工

汛期在主河道內(nèi)施工風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)非常大，一方面洪水隨時(shí)有可能淹沒(méi)施工平臺(tái)，另一方面洪水上漲也會(huì)增加孔壁的水壓力，容易塌孔。為此，需要盡可能加高施工平臺(tái)，同時(shí)依據(jù)上游的水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)，隨時(shí)做好人員撤離的準(zhǔn)備；及時(shí)調(diào)整泥漿濃度或摻入物，確?？妆诜€(wěn)。在實(shí)施過(guò)程中，確實(shí)也發(fā)生了洪水淹沒(méi)平臺(tái)的情況，洪水過(guò)后，發(fā)現(xiàn)已成孔的槽段內(nèi)充滿了異物，需要重新造孔，但通過(guò)水情預(yù)報(bào)，人員及設(shè)備均已提前撤離，沒(méi)有造成大的損失。

6、結(jié)語(yǔ)

混凝土防滲墻施工技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)非常成熟，但在應(yīng)用過(guò)程中仍會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)塌孔、防滲不達(dá)標(biāo)甚至漏水的情況，其主要問(wèn)題還是沒(méi)有針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)和遇到的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行認(rèn)真研究對(duì)策措施。對(duì)于這類(lèi)隱蔽性工程，必須先對(duì)工程地質(zhì)條件進(jìn)行分析研究，分析可能出現(xiàn)的問(wèn)題，選擇最為合適的鉆孔設(shè)備，確定泥漿、混凝土澆筑的基本參數(shù)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的分析地下可能出現(xiàn)的情況，及時(shí)調(diào)整施工方案，或緩或急，才能避免出現(xiàn)錯(cuò)誤決策。

參考文獻(xiàn)：

[1] 崔強(qiáng)，《芻議混凝土防滲墻施工工藝》，黑龍江水利科技，2013年第2期，120-123

[2]中國(guó)水利水電基礎(chǔ)工程局 LS174-96，水利水電工程混凝土防滲墻施工規(guī)范，北京：中國(guó)水利水電工程出版社，1996。

作者簡(jiǎn)介：魏志堅(jiān)（1978～），女，漢族，湖南長(zhǎng)沙人，高級(jí)工程師，碩士研究生，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)及EPC總承包工作。